हाइब्रिड वाहनों ने सीआईसी युग में प्रवेश किया

चीन की हाइब्रिड तकनीक दक्षता क्रांति को चलाने के लिए सिलिकॉन कार्बाइड का लाभ उठा रही है

हाल ही में, वुलिंग मोटर्स ने आधिकारिक तौर पर अपने हाइब्रिड वाहनों में सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) तकनीक को अपनाने की घोषणा की।चेरी ऑटो ने सीआईसी आधारित हाइब्रिड सिस्टम से संबंधित नए विकासों का भी अनावरण किया।प्रमुख चीनी ऑटोमेकर्स जैसे गीली, चांगन, बीएआईसी और हांगकी ने भी सिलिकॉन कार्बाइड हाइब्रिड स्पेस में रणनीतिक निवेश किया है।सीआईसी प्रौद्योगिकी का अनुप्रयोग एक प्रमुख आकर्षण बन गया है.

विद्युत ड्राइव प्रणालियों में, SiC पावर मॉड्यूलों को HPDmini पैकेजिंग तकनीक के साथ जोड़ने से पावर घनत्व में 268% की वृद्धि हुई है, वर्तमान आउटपुट क्षमता में 70% का सुधार हुआ है,और गर्मी अपव्यय दक्षता में 40% की वृद्धि.

इसके अतिरिक्त, मोटर की गति अब 24,000 आरपीएम तक पहुंच सकती है, जिससे बिजली प्रतिक्रिया और ऊर्जा दक्षता में काफी सुधार होता है।चीन के हाइब्रिड बाजार में अब एक तकनीकी विकास की लहर चल रही है, जो कि सिआइसी + हाइब्रिड मॉडल के आसपास केंद्रित है।, कई ऑटोमेकर और टियर 1 आपूर्तिकर्ताओं ने अपनी तैनाती में तेजी लाई है।

हाइब्रिड बाजार के लिए क्या संभावनाएं हैं?

आवेदन के मामलों की बढ़ती संख्या से संकेत मिलता है कि चीन के हाइब्रिड बाजार में तकनीकी उन्नयन और बड़े पैमाने पर विस्तार एक सामंजस्यपूर्ण गति का निर्माण कर रहा है।उद्योग के नवीनतम आंकड़ों के अनुसार, 2024 में, चीन के प्लग-इन हाइब्रिड वाहन क्षेत्र में डीएचटी (डेडिकेटेड हाइब्रिड ट्रांसमिशन) प्रणालियों का स्थापित आधार 3.713 मिलियन यूनिट तक पहुंच गया।दोहरी मोटर वास्तुकला को अपनाने वाली हाइब्रिड प्रणालियों का 97 प्रतिशत हिस्सा था।.7%, यह पुष्टि करते हुए कि उच्च कुशल, उच्च एकीकृत दोहरी मोटर समाधान मुख्यधारा की पसंद बन गए हैं।

यह तकनीकी प्रवृत्ति दोहरी इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण इकाइयों की स्थापित मात्रा के साथ निकटता से जुड़ी हुई है, जो 3.628 मिलियन सेट तक पहुंच गई है, जो साल दर साल 91.99% की वृद्धि है।यह दर्शाता है कि ऑटोमेकरों ने पावर डिकॉप्लिंग और मल्टी-मोड ड्राइविंग जैसी मुख्य प्रौद्योगिकियों में महत्वपूर्ण प्रगति की है।के अनुसार2025 सिलिकॉन कार्बाइड (SiC) उपकरणों और मॉड्यूल उद्योग अनुसंधान पर श्वेतपत्रसीआईसी उपकरणों की लागत में लगातार गिरावट आने के कारण 2025 से 2030 के बीच हाइब्रिड बाजार में दूसरे विकास चरण में प्रवेश करने की उम्मीद है।

इलेक्ट्रिक वाहनों में आम तौर पर उपयोग किए जाने वाले सीआईसी उत्पाद

1.SiC MOSFET (सिलिकॉन कार्बाइड धातु-ऑक्साइड-अर्धचालक क्षेत्र-प्रभाव ट्रांजिस्टर)

अनुप्रयोग:

• मुख्य ड्राइव इन्वर्टर (ट्रैक्शन इन्वर्टर): उच्च वोल्टेज डीसी पावर को तीन चरण एसी पावर में परिवर्तित करके मोटर को चलाता है।

• डीसी-डीसी कनवर्टर: कम वोल्टेज प्रणालियों को बिजली देने के लिए बैटरी वोल्टेज को स्थिर करता है।

• ऑनबोर्ड चार्जर (ओबीसी): बैटरी चार्ज करने के लिए एसी ग्रिड पावर को डीसी पावर में परिवर्तित करता है।

लाभः

• उच्च स्विचिंग आवृत्ति → सिस्टम दक्षता में सुधार

• समग्र प्रणाली के आकार और वजन को कम करता है

• थर्मल प्रबंधन आवश्यकताओं को कम करता है

2.SiC SBD (सिलिकॉन कार्बाइड Schottky बैरियर डायोड)

अनुप्रयोग:

• व्यापक रूप से ऑनबोर्ड चार्जर (ओबीसी) और डीसी-डीसी कन्वर्टर्स में प्रयोग किया जाता है

• दक्षता बढ़ाने और रिवर्स रिकवरी के नुकसान को कम करने के लिए एक रेक्टिफायर के रूप में कार्य

लाभः

• शून्य रिवर्स रिकवरी समय → उच्च आवृत्ति स्विचिंग के लिए उपयुक्त

• उत्कृष्ट थर्मल स्थिरता

3.सीआईसी पावर मॉड्यूल

अनुप्रयोग:

• एक कॉम्पैक्ट मॉड्यूल में कई SiC घटकों (जैसे, MOSFETs + SBDs) को एकीकृत करता है

• विद्युत ड्राइव प्रणालियों, मोटर नियंत्रकों और उच्च वोल्टेज प्रणालियों में प्रयोग किया जाता है

लाभः

• उच्च शक्ति घनत्व के लिए उपयुक्त कॉम्पैक्ट डिजाइन

• ऊष्मा प्रबंधन और ईएमआई दमन प्रदर्शन का अनुकूलन

6 इंच और 8 इंच सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट और एपिटेक्सियल वेफर्सः अगली पीढ़ी के बिजली उपकरणों की रीढ़

सामग्री के रूप में सीआईसी का सार

सिलिकॉन कार्बाइड एक चौड़ा बैंडगैप अर्धचालक है जिसका बैंडगैप 3.26 eV (4H-SiC के लिए), सिलिकॉन के लिए 1.12 eV की तुलना में है। इसमें यह भी हैः

• उच्च महत्वपूर्ण विद्युत क्षेत्र (सिलिकॉन से 10 गुना अधिक)

• उच्च ताप चालकता (सिलिकॉन की तुलना में ~ 3 गुना अधिक)

• उच्च ब्रेकडाउन वोल्टेज

• उच्च इलेक्ट्रॉन संतृप्ति वेग

ये गुण SiC को विशेष रूप से उच्च शक्ति, उच्च आवृत्ति और उच्च तापमान अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाते हैं। सिलिकॉन के विपरीत,सीआईसी ऊर्जा हानि को कम करते हुए उच्च वोल्टेज और तापमान पर काम कर सकता है, जो बिजली रूपांतरण दक्षता के लिए महत्वपूर्ण है।

सीआईसी सब्सट्रेटः नींव

क्रिस्टल संरचना और बहुरूप

सीआईसी कई पॉलीटाइप में मौजूद है, लेकिन 4एच-सीआईसी इसकी उच्च इलेक्ट्रॉन गतिशीलता और व्यापक बैंडगैप के कारण पावर इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए पसंदीदा सामग्री है।सब्सट्रेट आमतौर पर भौतिक वाष्प परिवहन (पीवीटी) विधियों द्वारा उगाए गए एक थोक सीआईसी बुल से काटा गया एक मोनोक्रिस्टलाइन वेफर होता है.

सीआईसी सब्सट्रेट का उत्पादन

उत्पादन प्रक्रिया में निम्नलिखित शामिल हैंः

1. क्रिस्टल विकासपीवीटी या संशोधित लेली विधियों का उपयोग करके, उच्च शुद्धता वाले सीआईसी पाउडर को उच्च तापमान (~ 2000°C) और निम्न दबाव में बीज क्रिस्टल पर सुब्लिमेट और पुनः क्रिस्टलीकृत किया जाता है।

2. वेफर काटना′′ बढ़ी हुई बाउल को ठीक-ठीक टुकड़े-टुकड़े करके काट दिया जाता है (2", 4", 6", या 8") ।

3. लैपिंग और पॉलिशिंगवेफर्स को पीसकर, लपेटकर और पॉलिश करके न्यूनतम दोषों के साथ अति-सपाट सतह प्राप्त की जाती है।

4. निरीक्षणसब्सट्रेट को विस्थापन, माइक्रोपाइप, बेसल प्लेन विस्थापन (बीपीडी) और अन्य क्रिस्टलीय दोषों के लिए निरीक्षण किया जाता है।

प्रमुख मापदंड

• व्यास:2", 4", 6", और उभरते हुए 8" (200 मिमी)

• धुरी से बाहर का कोणः4° एपिटाक्सियल वृद्धि में सुधार के लिए 4H-SiC के लिए विशिष्ट

• सतह परिष्करणःसीएमपी पॉलिश (एपिरेडी)

• प्रतिरोधःसंवाहक या अर्ध-अवरोधक, डोपिंग के आधार पर (एन-प्रकार, पी-प्रकार, या आंतरिक)

सीआईसी एपिटेक्सियल वेफर्सः उपकरण डिजाइन को सक्षम करना

एपिटेक्सियल वेफर क्या है?

एकउपशीर्षक वेफरएक पॉलिश किए गए SiC सब्सट्रेट पर उगाए गए एक पतली, डोपेड SiC परत से बना है। विद्युत उपकरणों की सटीक आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए विशिष्ट विद्युत और मोटाई प्रोफाइल के साथ एपिटेक्सियल परत को डिज़ाइन किया गया है।

एपिटेक्सियल वृद्धि तकनीकें

सबसे आम तकनीक हैरासायनिक वाष्प अवशेष (सीवीडी)यह सटीक नियंत्रण की अनुमति देता हैः

• परत की मोटाई(आमतौर पर कुछ से लेकर दर्जनों माइक्रोमीटर तक)

• डोपिंग एकाग्रता(१०१५ से १०१९ सेमी−३)

• एकरूपताबड़े वेफर क्षेत्रों में

सिलान (SiH4) और प्रोपेन (C3H8) जैसी गैसों का उपयोग पूर्ववर्ती के रूप में किया जाता है, साथ ही एन-प्रकार के डोपिंग के लिए नाइट्रोजन या पी-प्रकार के डोपिंग के लिए एल्यूमीनियम का उपयोग किया जाता है।

अनुप्रयोग-उन्मुख डिजाइन

• एमओएसएफईटीःउच्च अवरुद्ध वोल्टेज के लिए कम डोपेड बहाव परतों (515 μm) की आवश्यकता होती है

• एसबीडीःकम अग्रिम वोल्टेज गिरावट के लिए नियंत्रित डोपिंग के साथ उथली एपिटेक्सियल परतों की आवश्यकता होती है

• जेएफईटी/आईजीबीटी:विशिष्ट प्रतिरोध और स्विचिंग व्यवहार के लिए अनुकूलित परत संरचनाएं

सीआईसी सब्सट्रेट और एपिलेयर्स के फायदे

ये लाभ सीधे ईवी, चार्जर, सौर इन्वर्टर और औद्योगिक ड्राइव में बिजली रूपांतरण प्रणालियों के आकार, वजन और लागत में कमी में योगदान करते हैं।

चुनौतियां और उद्योग के रुझान

चुनौतियाँ

• दोष नियंत्रण:बेसल प्लेन विस्थापन (बीपीडी), माइक्रोपाइप और स्टैकिंग दोष डिवाइस की उपज को प्रभावित करते हैं।

• वेफर की लागतःविकास समय, उपज और जटिलता के कारण सीआईसी सब्सट्रेट सीआई की तुलना में काफी महंगे हैं।

• स्केलेबिलिटीः6 इंच के वेफर्स मुख्यधारा के हैं, लेकिन 8 इंच के वेफर्स का उत्पादन आर एंड डी और पायलट चरणों में बना हुआ है।

रुझान

• 8-इंच के वेफर्स में माइग्रेशनप्रति चिप लागत को कम करने के लिए

• सब्सट्रेट की गुणवत्ता में सुधारदोषों को कम करने के तरीकों से

• ऊर्ध्वाधर एकीकरणनिर्माताओं द्वारा सब्सट्रेट से पैक किए गए उपकरण तक पूरी मूल्य श्रृंखला को नियंत्रित करने के लिए

• मांग में तेजी से वृद्धिमोटर वाहन (ईवी) और नवीकरणीय ऊर्जा बाजारों द्वारा संचालित

निष्कर्ष

सिलिकॉन कार्बाइड सब्सट्रेट और एपिटाक्सियल वेफर्स अगली पीढ़ी के पावर इलेक्ट्रॉनिक्स का मूल हैं। उनके उत्कृष्ट सामग्री गुण उन्हें उच्च दक्षता में अपरिहार्य बनाते हैं,उच्च विश्वसनीयता वाले अनुप्रयोगजैसे-जैसे दुनिया विद्युतीकरण और कार्बन तटस्थता की ओर आगे बढ़ेगी, सीआईसी वेफर्स की मांग बढ़ती रहेगी, जिससे उद्योग में नवाचार और क्षमता विस्तार होगा।

चाहे आप एक अर्धचालक उपकरण निर्माता, ईवी डेवलपर, या बिजली प्रणाली एकीकरणकर्ता हैं,सही सीआईसी सब्सट्रेट और एपिलेयर्स को समझना और चुनना प्रदर्शन और व्यावसायिक सफलता प्राप्त करने की दिशा में एक महत्वपूर्ण कदम है.